JPH06101919A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
- Publication number
- JPH06101919A JPH06101919A JP24958192A JP24958192A JPH06101919A JP H06101919 A JPH06101919 A JP H06101919A JP 24958192 A JP24958192 A JP 24958192A JP 24958192 A JP24958192 A JP 24958192A JP H06101919 A JPH06101919 A JP H06101919A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling stage
- expansion
- expansion turbine
- pressure gas
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】高効率で高信頼性の極低温冷凍装置を提供す
る。 【構成】冷却段階を複数の熱交換器と複数の膨張タービ
ンで構成し、交互，直列に接続する。また、膨張タービ
ンのバイパス流路，切替流路を設ける。 【効果】膨張タービン流量を大きくとれると共に、圧力
配分を適正にできるため、膨張タービン効率が向上し、
装置を高効率化できる。バイパス流路により、膨張ター
ビン故障時にも運転続行でき、信頼性が向上する。ま
た、切替流路の使用により複数の運転モードを高効率に
実現できる。
る。 【構成】冷却段階を複数の熱交換器と複数の膨張タービ
ンで構成し、交互，直列に接続する。また、膨張タービ
ンのバイパス流路，切替流路を設ける。 【効果】膨張タービン流量を大きくとれると共に、圧力
配分を適正にできるため、膨張タービン効率が向上し、
装置を高効率化できる。バイパス流路により、膨張ター
ビン故障時にも運転続行でき、信頼性が向上する。ま
た、切替流路の使用により複数の運転モードを高効率に
実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置に係
り、特にヘリウムを冷媒とする極低温冷凍装置に関す
る。
り、特にヘリウムを冷媒とする極低温冷凍装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の極低温冷凍装置としては、例え
ば、特開昭６１−３１８７１号公報に記載のように冷却
段階の複数の膨張タービンを熱交換器を介して並列に使
用したものが知られている。
ば、特開昭６１−３１８７１号公報に記載のように冷却
段階の複数の膨張タービンを熱交換器を介して並列に使
用したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、予冷
段階から供給される高圧ガス流を冷却段階の複数の膨張
タービンに分岐，並列供給するため、各膨張タービンの
流量が低下し、膨張タービン翼車を小形化，高回転化せ
ざるを得ず、膨張タービンの効率が低下し極低温冷凍装
置の効率も低下するという問題があった。
段階から供給される高圧ガス流を冷却段階の複数の膨張
タービンに分岐，並列供給するため、各膨張タービンの
流量が低下し、膨張タービン翼車を小形化，高回転化せ
ざるを得ず、膨張タービンの効率が低下し極低温冷凍装
置の効率も低下するという問題があった。
【０００４】本発明は効率の良い極低温冷凍装置を提供
することを目的とし、さらに膨張タービン故障時にも最
少限の能力低下で運転続行可能な高い信頼性を有する極
低温冷凍装置を提供することを目的とし、さらに又、異
なる運転モードを効率良く実現できる極低温冷凍装置を
提供することを目的とする。
することを目的とし、さらに膨張タービン故障時にも最
少限の能力低下で運転続行可能な高い信頼性を有する極
低温冷凍装置を提供することを目的とし、さらに又、異
なる運転モードを効率良く実現できる極低温冷凍装置を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、冷却段階の熱交換器と膨張タービンを交互，
直列に配置し最下限膨張タービンの出口側にジュール・
トムソン膨張弁を設けた。上記第２の目的を達成するた
めに、冷却段階の膨張タービンにバイパス流路を設け
た。上記第３の目的を達成するために、膨張タービン出
口を低圧ガス流側に切替え可能な切替流路を設けた。
るために、冷却段階の熱交換器と膨張タービンを交互，
直列に配置し最下限膨張タービンの出口側にジュール・
トムソン膨張弁を設けた。上記第２の目的を達成するた
めに、冷却段階の膨張タービンにバイパス流路を設け
た。上記第３の目的を達成するために、膨張タービン出
口を低圧ガス流側に切替え可能な切替流路を設けた。
【０００６】
【作用】冷却段階の複数の膨張タービンを熱交換器を介
して直列に配置することにより、各膨張タービンの流量
を大きくとれると共に、各膨張タービンの圧力条件を適
正に配分可能となり、膨張タービン翼車は大形化，低回
転化できるため効率が向上する。
して直列に配置することにより、各膨張タービンの流量
を大きくとれると共に、各膨張タービンの圧力条件を適
正に配分可能となり、膨張タービン翼車は大形化，低回
転化できるため効率が向上する。
【０００７】膨張タービン故障時には、バイパス流路を
使用すると共に、故障していない膨張タービンの膨張比
を大きくすることができるため、最少限の能力低下で運
転を続行できる。
使用すると共に、故障していない膨張タービンの膨張比
を大きくすることができるため、最少限の能力低下で運
転を続行できる。
【０００８】又、液化運転時のように、ジュール・トム
ソン膨張弁流量を少なく、かつ膨張タービン寒冷発生量
を大きく必要とする場合は、膨張タービン出口を低圧ガ
ス流側に切替えることにより、複数の運転モード（例え
ば冷凍運転と液化運転）を効率良く実現できる。
ソン膨張弁流量を少なく、かつ膨張タービン寒冷発生量
を大きく必要とする場合は、膨張タービン出口を低圧ガ
ス流側に切替えることにより、複数の運転モード（例え
ば冷凍運転と液化運転）を効率良く実現できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。極低温冷凍装置は、予冷段階Ｉ，冷却段階II及び被
冷却体IIIを含む。予冷段階Ｉは圧縮機によってガスを
圧縮し、その後圧縮熱を放熱するため冷却器でその圧縮
ガスを冷却するように既知の方法で構成されている。圧
縮ガスは熱交換及び仕事の遂行によって予冷温度に冷却
される。
る。極低温冷凍装置は、予冷段階Ｉ，冷却段階II及び被
冷却体IIIを含む。予冷段階Ｉは圧縮機によってガスを
圧縮し、その後圧縮熱を放熱するため冷却器でその圧縮
ガスを冷却するように既知の方法で構成されている。圧
縮ガスは熱交換及び仕事の遂行によって予冷温度に冷却
される。
【００１０】冷却段階IIは、予冷段階Ｉから供給された
高圧ガス流を液化ガスの温度に近づけるように冷却する
役割を果し、複数の熱交換器１，２，３と複数の膨張タ
ービン１１，２１を含む。
高圧ガス流を液化ガスの温度に近づけるように冷却する
役割を果し、複数の熱交換器１，２，３と複数の膨張タ
ービン１１，２１を含む。
【００１１】予冷段階Ｉで予冷温度に冷却された高圧ガ
ス流は第１の熱交換器１で低圧ガス流と熱交換，冷却さ
れて、第１の膨張タービン入口弁１０を通り第１の膨張
タービン１１で第１の中間圧力まで膨張し且つこのプロ
セスで冷却される。第１の膨張タービン１１を出た第１
の中間圧力ガス流は第１の膨張タービン出口弁１２を通
り、第２の熱交換器２で低圧ガス流と熱交換，冷却され
て、第２の膨張タービン入口弁２０を通り第２の膨張タ
ービン２１で第２の中間圧力まで膨張し且つこのプロセ
スで冷却される。第２の膨張タービン２１を出た第２の
中間圧力ガス流は第２の膨張タービン出口弁２２を通
り、第３の熱交換器３で低圧ガス流と熱交換，冷却され
てジュール・トムソン膨張弁３０に至り、ジュール・ト
ムソン膨張弁３０で液化圧力に膨張される。その結果生
じたガスと液体は被冷却体IIIに送られる。被冷却体III
を出た低圧ガス流は、第３の熱交換器３，第２の熱交換
器２，第１の熱交換器１を通り、予冷段階Ｉに戻る。
ス流は第１の熱交換器１で低圧ガス流と熱交換，冷却さ
れて、第１の膨張タービン入口弁１０を通り第１の膨張
タービン１１で第１の中間圧力まで膨張し且つこのプロ
セスで冷却される。第１の膨張タービン１１を出た第１
の中間圧力ガス流は第１の膨張タービン出口弁１２を通
り、第２の熱交換器２で低圧ガス流と熱交換，冷却され
て、第２の膨張タービン入口弁２０を通り第２の膨張タ
ービン２１で第２の中間圧力まで膨張し且つこのプロセ
スで冷却される。第２の膨張タービン２１を出た第２の
中間圧力ガス流は第２の膨張タービン出口弁２２を通
り、第３の熱交換器３で低圧ガス流と熱交換，冷却され
てジュール・トムソン膨張弁３０に至り、ジュール・ト
ムソン膨張弁３０で液化圧力に膨張される。その結果生
じたガスと液体は被冷却体IIIに送られる。被冷却体III
を出た低圧ガス流は、第３の熱交換器３，第２の熱交換
器２，第１の熱交換器１を通り、予冷段階Ｉに戻る。
【００１２】第１の膨張タービンバイパス弁１３は第１
の膨張タービン１１の故障時等に使用するバイパス流路
を形成し、同様に第２の膨張タービンバイパス弁２３は
第２の膨張タービン２１のバイパス流路を形成する。な
を、膨張タービン故障時には冷却段階IIの高圧ガス流の
圧力配分を変える。例えば、第２の膨張タービン２１の
故障時には、第１の膨張タービン１１の出口圧力を上述
の正常運転時の第２の中間圧力に近づけて第１の膨張タ
ービン１１の膨張比を増大させ、極低温冷凍装置の能力
低下を最少限とする。
の膨張タービン１１の故障時等に使用するバイパス流路
を形成し、同様に第２の膨張タービンバイパス弁２３は
第２の膨張タービン２１のバイパス流路を形成する。な
を、膨張タービン故障時には冷却段階IIの高圧ガス流の
圧力配分を変える。例えば、第２の膨張タービン２１の
故障時には、第１の膨張タービン１１の出口圧力を上述
の正常運転時の第２の中間圧力に近づけて第１の膨張タ
ービン１１の膨張比を増大させ、極低温冷凍装置の能力
低下を最少限とする。
【００１３】また、液化運転のようにジュール・トムソ
ン膨張弁３０の流量を少なく、膨張タービンの寒冷発生
量を大きくする必要がある場合には、膨張タービンの出
口を低圧ガス流側に切替える。例えば、第１の膨張ター
ビン１１に関しては、第１の膨張タービン切替弁１４を
開とし、第１の膨張タービン出口弁１２を閉とし、低圧
ガス流側に切替える。この場合、第１の膨張タービンバ
イパス弁１３を開とし、第２の膨張タービン２１及びジ
ュール・トムソン膨張弁３０用の高圧ガス流を確保す
る。なお、可変ノズル式の膨張タービンを使用すれば、
さらに広範囲な運転モードを高効率に実現できる。
ン膨張弁３０の流量を少なく、膨張タービンの寒冷発生
量を大きくする必要がある場合には、膨張タービンの出
口を低圧ガス流側に切替える。例えば、第１の膨張ター
ビン１１に関しては、第１の膨張タービン切替弁１４を
開とし、第１の膨張タービン出口弁１２を閉とし、低圧
ガス流側に切替える。この場合、第１の膨張タービンバ
イパス弁１３を開とし、第２の膨張タービン２１及びジ
ュール・トムソン膨張弁３０用の高圧ガス流を確保す
る。なお、可変ノズル式の膨張タービンを使用すれば、
さらに広範囲な運転モードを高効率に実現できる。
【００１４】以上、詳細に説明したように本実施例によ
れば、膨張タービンの流量を大きくとれると共に、各膨
張タービンの圧力条件を適正に配分可能となり、膨張タ
ービンの効率を向上させることができるため、装置効率
が向上するという効果がある。また、膨張タービンのバ
イパス流路を設けることにより、膨張タービン故障時に
も最少限の能力低下で運転続行でき、高い信頼性を有す
るという効果がある。
れば、膨張タービンの流量を大きくとれると共に、各膨
張タービンの圧力条件を適正に配分可能となり、膨張タ
ービンの効率を向上させることができるため、装置効率
が向上するという効果がある。また、膨張タービンのバ
イパス流路を設けることにより、膨張タービン故障時に
も最少限の能力低下で運転続行でき、高い信頼性を有す
るという効果がある。
【００１５】さらに又、膨張タービン出口を低圧ガス流
側に切替える切替流路を有するため、異なる運転モード
を効率良く実現できるという効果がある。
側に切替える切替流路を有するため、異なる運転モード
を効率良く実現できるという効果がある。
【００１６】
【発明の効果】冷却段階の複数の膨張タービンを複数の
熱交換器を介して直列に配置することにより、各膨張タ
ービンの流量を大きくとれると共に、各膨張タービンの
圧力条件を適正に配分可能となり、高効率の膨張タービ
ンを使用できるため極低温冷凍装置の効率を向上できる
という効果がある。
熱交換器を介して直列に配置することにより、各膨張タ
ービンの流量を大きくとれると共に、各膨張タービンの
圧力条件を適正に配分可能となり、高効率の膨張タービ
ンを使用できるため極低温冷凍装置の効率を向上できる
という効果がある。
【００１７】また、膨張タービン故障時には、バイパス
流路を使用すると共に、故障していない膨張タービンの
膨張比を増大させることができるため、最少限の能力低
下で運転を続行でき、極低温冷凍装置の信頼性を高める
効果がある。
流路を使用すると共に、故障していない膨張タービンの
膨張比を増大させることができるため、最少限の能力低
下で運転を続行でき、極低温冷凍装置の信頼性を高める
効果がある。
【００１８】さらに又、膨張タービン出口を低圧ガス流
側に切替える切替流路を有するため、複数の運転モード
を効率良く実現できるという効果がある。
側に切替える切替流路を有するため、複数の運転モード
を効率良く実現できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す極低温冷凍装置の系統
図である。
図である。
Ｉ…予冷段階、II…冷却段階、III…被冷却体、１…第
１の熱交換器、２…第２の熱交換器、３…第３の熱交換
器、１１…第１の膨張タービン、１３…第１の膨張ター
ビンバイパス弁、１４…第１の膨張タービン切替弁、２
１…第２の膨張タービン、２３…第２の膨張タービンバ
イパス弁、２４…第２の膨張タービン切替弁、３０…ジ
ュール・トムソン膨張弁。
１の熱交換器、２…第２の熱交換器、３…第３の熱交換
器、１１…第１の膨張タービン、１３…第１の膨張ター
ビンバイパス弁、１４…第１の膨張タービン切替弁、２
１…第２の膨張タービン、２３…第２の膨張タービンバ
イパス弁、２４…第２の膨張タービン切替弁、３０…ジ
ュール・トムソン膨張弁。
Claims (5)
- 【請求項１】予冷温度で高圧ガス流を作る予冷段階と、
その高圧ガス流を液化ガス温度の近くまで冷却するため
複数の熱交換器と複数の膨張タービンを含む冷却段階
と、前記冷却段階から送られた極低温冷媒で冷却される
被冷却体を有する極低温冷凍装置において、前記冷却段
階の熱交換器と膨張タービンを交互に配置し、前記予冷
段階から送られた高圧ガス流が熱交換器及び膨張タービ
ンを交互，連続的に通るように構成し、前記冷却段階の
最下段膨張タービンの出口側にジュール・トムソン膨張
弁を有することを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項２】前記冷却段階の最下段膨張タービンとジュ
ール・トムソン膨張弁との間に熱交換器を有することを
特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項３】前記冷却段階の各膨張タービンにバイパス
流路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項４】前記冷却段階の膨張タービン出口を低圧ガ
ス流側に切替え可能とした切替え流路を設けたことを特
徴とする請求項３に記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項５】可変ノズル式の膨張タービンを使用したこ
とを特徴とする特許請求項１に記載の極低温冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24958192A JPH06101919A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24958192A JPH06101919A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06101919A true JPH06101919A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17195140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24958192A Pending JPH06101919A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101919A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010536002A (ja) * | 2007-08-03 | 2010-11-25 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 流体消費者へ供給するためのヘリウムなどの流体を冷却する方法及び対応の設備 |
| JP2012189314A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Linde Ag | 冷凍設備 |
| CN102812310A (zh) * | 2010-03-12 | 2012-12-05 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用于脉冲负荷制冷的方法和设备 |
| JP2014219125A (ja) * | 2013-05-02 | 2014-11-20 | 株式会社前川製作所 | 冷凍システム |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24958192A patent/JPH06101919A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010536002A (ja) * | 2007-08-03 | 2010-11-25 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 流体消費者へ供給するためのヘリウムなどの流体を冷却する方法及び対応の設備 |
| CN102812310A (zh) * | 2010-03-12 | 2012-12-05 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用于脉冲负荷制冷的方法和设备 |
| JP2012189314A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Linde Ag | 冷凍設備 |
| JP2014219125A (ja) * | 2013-05-02 | 2014-11-20 | 株式会社前川製作所 | 冷凍システム |
| US10168078B2 (en) | 2013-05-02 | 2019-01-01 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Refrigeration system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4521833B2 (ja) | 低温液化冷凍方法及び装置 | |
| US6324867B1 (en) | Process and system for liquefying natural gas | |
| US4267701A (en) | Helium liquefaction plant | |
| EP0244205B1 (en) | Gas liquefaction method | |
| EP0171951B1 (en) | Refrigeration method | |
| JP2023109864A (ja) | 予冷を伴う混合冷媒液化システムおよび方法 | |
| JPH06101919A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| US20220290919A1 (en) | System and method for precooling in hydrogen or helium liquefaction processing | |
| JPH10246524A (ja) | 冷凍装置 | |
| JPH06265230A (ja) | 液化冷凍装置の運転制御方法及び装置 | |
| JP2945806B2 (ja) | 液化冷凍装置に設けられる冷凍負荷の予冷装置 | |
| RU2775341C1 (ru) | Способ сжижения природного газа (варианты) | |
| US20240102728A1 (en) | Installation and process for production of a cryogenic fluid | |
| JP5946749B2 (ja) | 冷凍装置 | |
| JP3596825B2 (ja) | 極低温冷凍機の低圧制御装置 | |
| JPH06101918A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JPH09170834A (ja) | ヘリウム冷凍システム | |
| JP2510769B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| JP2024505822A (ja) | 水素及び／又はヘリウムなどの流体を液化するための装置及び方法 | |
| Chakravarthy et al. | Oxygen liquefier using a mixed gas refrigeration cycle | |
| JPH06117716A (ja) | 液化冷凍装置の予冷方法及び装置 | |
| JPH04369356A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
| WO2021173202A1 (en) | System and method for natural gas and nitrogen liquefaction with independent nitrogen recycle loops | |
| JPH05223380A (ja) | 極低温冷却装置 | |
| JPS62129676A (ja) | 極低温冷凍装置およびその予冷方法 |